Leiterplattentechnisch - Hochfrequenzschaltung PCB Design

Komponenten entwickeln sich in Richtung hoher Geschwindigkeit, geringer Verbrauch, kleine Größe und hohe Störfestigkeit. Dieser Entwicklungstrend stellt viele neue Anforderungen an die Gestaltung von Leiterplatten.PCB-Design ist eine wichtige Etappe in der Entwicklung elektronischer Produkte. Nach dem Entwurf des elektrischen Schaltplans, Mehrere Funktionstafeln werden nach den baulichen Anforderungen und nach der Funktionseinteilung ermittelt, und die Außenabmessungen und Montagemethoden jeder Funktionsplatine PCB muss gleichzeitig bestimmt werden. Berücksichtigen Sie die Bequemlichkeit von Debugging und Wartung, sowie Faktoren wie Abschirmung, Wärmeableitung, Leistung des EWI. Ingenieure sind verpflichtet, das Layout und den Verdrahtungsplan zu bestimmen, Bestimmen Sie die Details von Schlüsselkreisen und Signalleitungen und Verdrahtungsmethoden, sowie die Verdrahtungsprinzipien, die befolgt werden sollten. Mehrere Stufen der PCB-Design Prozess muss überprüft werden, analysiert, und modifiziert. Nachdem die gesamte Verkabelung abgeschlossen ist, Es kann eine umfassende Regelinspektion durchlaufen, bevor es verarbeitet werden kann.

1.Einleitung

2.Hochgeschwindigkeit PCB-Design

In der Produktentwicklung nimmt PCB-Design eine sehr wichtige Position ein, insbesondere im Hochfrequenz-Elektrodesign. Es gibt einige allgemeine Regeln, die als allgemeine Richtlinien behundelt werden. Die Anwendung der PCB-Designprinzipien und -techniken von Hochfrequenzschaltungen auf das Design kann die Designerfolgsrate erheblich erhöhen.

(1)Verdrahtungsprinzipien für Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten

1.Um den logischen Lüfterausgang zu minimieren, ist es am besten, nur eine Last zu tragen.

2.Vermeiden Sie die Verwendung von Durchgangslöchern so weit wie möglich zwischen dem Ausgang und dem Empfangsende der Hochgeschwindigkeitssignalleitung und vermeiden Sie das Kreuz des Stiftmusters. Besonders die Taktsignalleitung benötigt besondere Aufmerksamkeit.

3.Die Signallinien der oberen und unteren benachbarten Schichten sollten senkrecht zueinander stehen, um eine Drehung im rechten Winkel zu vermeiden.

4.Der parallele Endlastwiderstand sollte so nah wie möglich am Empfangsende sein.

5.Um die minimale Reflexion zu gewährleisten, muss die Länge aller offenen Linien (oder Linien ohne übereinstimmende Abschlüsse) der folgenden Formel entsprechen:

Lopen-open Streckenlänge (Zoll)

Trise--Signalanstiegszeit (ns)

tpd--Line Ausbreitungsverzögerung (0.188ns/in--entsprechend Streifenlinieneigenschaften).

Typische Anstiegszeit mehrerer Hochgeschwindigkeits-Logikschaltungen:

6. Wenn die Länge des offenen Stromkreises den durch die obige Formel erforderlichen Wert überschreitet, sollte ein Reihendämpfungswiderstand verwendet werden, und der Reihenabschlusswiderstand sollte so weit wie möglich mit dem Ausgangsstift verbunden werden.

7. Stellen Sie sicher, dass die analoge Schaltung und die digitale Schaltung getrennt sind. AGND und DGND müssen über einen Induktor oder eine Magnetkugel miteinander verbunden werden und sollten so nah wie möglich am A/D-Wandler sein.

8. Achten Sie auf eine ausreichende Entkopplung der Stromversorgung.

9. Es ist am besten, Widerstände und Kondensatoren zur Oberflächenmontage zu verwenden.

(2) Umgehung und Entkopplung

1.Bevor Sie einen Entkopplungskondensator wählen, berechnen Sie zuerst die Resonanzfrequenzanforderungen zum Herausfiltern von Hochfrequenzströmen.

2.Über der selbstresonanten Frequenz wird der Kondensator induktiv und verliert seine Entkopplungskapazität. Es ist zu beachten, dass einige Logikschaltungen eine höhere spektrale Energie haben als die Resonanzfrequenz des gemeinsamen Entkopplungskondensators.

3.Die Resonanzfrequenz des Behälters selbst wird die Selbstresonanzfrequenz genannt. Wenn Sie die Hochfrequenz herausfiltern möchten

4.Es ist notwendig, den erforderlichen Kapazitätswert basierend auf der in der Schaltung enthaltenen HF-Energie, der Anstiegszeit des Schaltkreises und dem Frequenzbereich besonderer Aufmerksamkeit zu berechnen. Verwenden Sie keine Vermutungen oder verwenden Sie es gemäß der vorherigen üblichen Verwendung.

5.Berechnen Sie die Resonanzfrequenzen der Boden- und Leistungsebenen. Der mit diesen beiden Ebenen konstruierte Entkopplungskondensator kann den größten Nutzen erzielen.

6.Für Hochgeschwindigkeitskomponenten und Bereiche mit reichlich HF-Bandbreitenenergie sollten mehrere Kondensatoren parallel verwendet werden, um HF-Energie mit einer großen Bandbreite zu entfernen. Es sollte auch beachtet werden, dass, wenn der große Kondensator bei hohen Frequenzen induktiv wird, der kleine Kondensator kapazitiv bleibt. Bei einer bestimmten Frequenz bildet es einen LC-Resonanzkreis, der zu unendlicher Impedanz führt und somit die Bypass-Funktion vollständig verliert. Wenn dies geschieht, ist es effektiver, einen einzigen Kondensator zu verwenden.

7.Stellen Sie parallele Kondensatoren an den Seiten aller Leistungseingangssteckverbinder auf der Leiterplatte und Leistungspins von Komponenten, deren Anstiegszeit schneller als 3ns ist.

8.An der diagonalen Richtung der Leiterplattenleistungseingangsklemme und des Schraubenschlüssels sollte ein Kondensator mit ausreichend großer Kapazität verwendet werden, um die Stromänderung sicherzustellen, die beim Schalten der Schaltung erzeugt wird. Gleiches gilt für die Entkopplungskondensatoren anderer Schaltkreise. Je größer der Betriebsstrom, desto größer die erforderliche Kapazität. Um die Pulsation von Spannung und Strom zu reduzieren, verbessern Sie die Stabilität des Systems. Daher übernimmt der Entkopplungskondensator die doppelte Rolle von Entkopplung und Freilauf.

9.Wenn zu viele Entkopplungskondensatoren verwendet werden, wird beim Einschalten eine große Menge Strom aus der Stromversorgung gezogen. Daher sollte eine Gruppe von großen Kondensatoren am Ausgang des Netzteils platziert werden, um eine große Menge Strom bereitzustellen.

(3) Impedanztransformation und Abgleich

1.In Niederfrequenzschaltungen ist das Konzept der Übereinstimmung sehr wichtig (machen Sie die Lastimpedanz gleich dem Innenwiderstand der Anregungsquelle). In Hochfrequenzschaltungen ist die Abstimmung von Signalleitungsanschlüssen wichtiger:

Zum einen ist ZL=Zc erforderlich, um sicherzustellen, dass es keine stehende Welle entlang der Linie gibt; Andererseits ist es erforderlich, dass das Eingangsende der Signalleitung und die Anregungsquelle konjugiert sind, um die maximale Leistung zu erhalten. Daher hat das Matching einen direkten Einfluss auf die Arbeitsleistung des Mikrowellenschalts. Sichtbar:

Wenn die Anschlüsse nicht aufeinander abgestimmt sind, treten Reflexionen und stehende Wellen auf der Signalleitung auf, was zu einem Rückgang der Lastleistung führt (hohe stehende Wellen verursachen auch Funken an den Antioden).

Aufgrund der Existenz der reflektierten Welle hat sie eine nachteilige Auswirkung auf die Anregungsquelle, was zu einer Abnahme der Stabilität der Betriebsfrequenz und der Ausgangsleistung führt.

In der Praxis sind jedoch die gegebene Lastimpedanz und die charakteristische Impedanz der Signalleitung nicht notwendigerweise gleich, und die Impedanz der Signalleitung und der Anregungsquelle ist nicht notwendigerweise konjugiert, so dass es notwendig ist, die Impedanzanpassungstechnologie zu verstehen und anzuwenden.

2.Î"/4-Impedanzwandler

Wenn die Signalleitungslänge L=Î"/4, d.h. βL=π/2, erhalten wir: Zin=Zc2/ZL

Die obige Formel zeigt, dass sich nach der Umwandlung der Î"/4PCB-Übertragungsleitung ihre Impedanz erheblich ändert. Es kann bekannt sein, dass, wenn die ZL nicht übereinstimmt, die Rekonfiguration der PCB-Übertragungsleitung verwendet werden kann, um den Matchingzweck zu erreichen. Für die beiden Leiterplattenübertragungsleitungen mit charakteristischen Impedanzen von Z'c und Z'c kann die Leiterplattenübertragungsleitung angeschlossen werden, um den Zweck der Übereinstimmung von Z'c und Z'c zu erreichen.

Es ist zu beachten, dass die Betriebsfrequenz des Î"/4-Impedanzwandlers nach dem Abgleich von zwei Leiterplatten-Übertragungsleitungen mit unterschiedlichen Impedanzen sehr schmal ist.

3. Eingliedrige Kurzschlussanpassung

Die Impedanz der PCB Übertragungsleitung kann geändert werden, indem eine Kurzschlussleitung mit einer geeigneten Struktur an der entsprechenden Position des PCB Übertragungsleitung, um den entsprechenden Zweck zu erreichen.

(4) Leiterplattenbeschichtung

Hochfrequenzschaltungen neigen dazu, eine höhere Integration und eine höhere Verdrahtungsdichte zu haben. Die Verwendung von Mehrschichtplatinen ist nicht nur für die Verdrahtung notwendig, sondern auch ein wirksames Mittel, um Störungen zu reduzieren. Eine vernünftige Wahl der Anzahl der Schichten kann die Größe der Leiterplatte erheblich reduzieren. Es kann die Zwischenschicht voll nutzen, um Abschirmung einzurichten, die besser realisiert werden kann. Die nahe gelegene Erde kann die parasitäre Induktivität effektiv reduzieren, kann die Signalübertragungslänge effektiv verkürzen, kann die Kreuzstörung zwischen Signalen erheblich reduzieren usw. All diese sind vorteilhaft für den zuverlässigen Betrieb von Hochfrequenzschaltungen. Es gibt Daten, die zeigen, dass dasselbe Material besser ist als eine vierlagige Platte. Das Geräusch der Doppelplatte ist 20dB niedriger, aber je höher die Anzahl der Schichten, desto komplizierter der Herstellungsprozess und desto höher die Kosten.

(5) Trennung der Stromversorgung und der Erdungskabel

Die Verdrahtung von Schaltungen mit unterschiedlichen Funktionen oder unterschiedlichen Anforderungen erfordert oft eine Stromisolierung und Erdung. Zum Beispiel sollten analoge Schaltungen und digitale Schaltungen, schwache Signalschaltungen und starke Signalschaltungen, empfindliche Schaltungen (PLL, Low-Jitter-Trigger, etc.) und andere Schaltungen Interferenzen untereinander minimieren, damit die Schaltungen die erwarteten Spezifikationen erfüllen können.

Grundvoraussetzungen:

1.Die Leistungsschichten oder Bodenschichten in verschiedenen Bereichen sollten am Energieeingang, normalerweise baumförmige Struktur oder fingerförmige Struktur, zusammen verbunden werden, und die Grundlinienteilungsmethode der verschiedenen Funktionsschaltungen, der Teilungsspalt und die Leiterplattenkante sind nicht kleiner als 2mm.

2. Verschiedene Arten von Energiebereichen und Bodenbereichen können sich nicht kreuzen

3.Gräben und Brücken. Aufgrund der Aufteilung der Masseebene ist die Signalübertragungs-Rücklaufschleife zwischen den verschiedenen Funktionskreisen oft diskontinuierlich. Um die Verbindung des Signals, der Leistung und der Masse sicherzustellen, werden neben der Verwendung der Transformatorisolierung (kann DC-Signale nicht übertragen), Optokoppler-Isolierung allgemein Brückenverfahren verwendet. Die "Brücke" ist eigentlich eine Lücke im Graben, und es gibt nur einen Ort. Die Signalleitung, die Stromversorgung und die Masse durchqueren von hier aus den Graben, wie in der Abbildung gezeigt. Wenn es sich bei dieser Methode um ein Mehrpunkt-Erdungssystem handelt (alle High-Speed-Designs sind), ist es am besten, beide Seiten der Brücke mit der Chassis-Masse zu verbinden.

Schlussfolgerung

In der Produktentwicklung, PCB-Design nimmt eine sehr wichtige Position ein, insbesondere in der Hochfrequenz-Elektrokonstruktion. Das gleiche Prinzip Design, die gleichen Komponenten, and PCBs, die von verschiedenen Menschen produziert werden, haben unterschiedliche Ergebnisse. Es gibt viele Dinge, die im Prinzip funktionieren, aber im Engineering schwer zu erreichen sind, oder Dinge, die andere erreichen können, andere können nicht erreichen. Daher, es ist nicht schwierig, eine Leiterplatte, aber es ist nicht einfach, eine Leiterplatte. Dinge.